王虎法，米凤龙

(大连第二橡塑机械有限公司，辽宁 大连 116113)

橡胶塑料加压式捏炼机，在行业中又叫作翻斗式密炼机。作为橡胶塑炼和混炼设备的一种，其作用与下落式密炼机相同。由于其结构紧凑、整体性强、安装方便、经济实用性较高，从1998年开始在我国大多数中小橡胶制品企业里得到了广泛的使用，尤其在电缆、胶管、胶带、鞋材、密封件、医用胶塞、工程橡塑、软木橡胶等诸多企业里的应用非常广泛。

1 加压式捏炼机的升级背景

近年来，随着我国汽车工业和高速铁路的飞速发展，制造商对橡胶零部件的要求越来越高，使得原有一些橡胶配件已经跟不上市场发展的需求，逐渐被淘汰。这样就促成了一批新型高分子材料的使用和发展，例如人工橡胶、橡塑共混物等。不同的高分子材料对加工设备的性能需求也不完全相同，我们就是针对这些新型材料的工艺需求，对加压式捏炼机进行二次开发和改进，完成产品的升级换代，以便在未来更好地服务于市场和广大客户。

2 新型加压式捏炼机的结构改进

2.1 工作原理与结构特征

该机的工作原理与一般密炼机相同，即物料受上顶栓的压力，在密闭的混炼室内经过以一定速比回转的两个转子之间、转子与混炼室壁之间的剪切、挤压、搅拌、翻卷等捏炼作用后，塑（混）炼成所需的新物料。它与下落式密炼机的不同之处，主要在于它没有下顶栓，是将混炼室进行整体翻转卸料。该机主要由密炼装置、翻转装置、压料装置、减速器、机架、支座、皮带传动装置、气控（液压）系统、加热冷却系统、底座、电机座、限位支承座等零部件组成。目前已经在原有气动上顶栓的基础上开发出了液压上顶栓结构（如图1）。

图1 标准加压捏炼机与新型加压捏炼机

2.2 主要部件结构特征与改进

2.2.1 密炼装置

密炼装置（图2）由主电机驱动V形皮带传动，带动减速器通过内齿套联轴器驱动一对速比齿轮，实现前、后转子相对回转运动。混炼室与左、右侧板形成封闭混炼槽体，前、后转子通过滚动轴承分别固定在左、右侧板上，其中前转子轴承套支承在左（蜗轮箱）、右（滑动）支承座上。后转子轴承套没有支承，而由两个限位支承座，顶靠左、右侧板和混炼室底面（在后转子垂直中线处），以保证传动，工作平稳。混炼室的左、右侧板均为夹套式焊接结构，与物料接触的内壁表面进行硬化（镀硬铬）处理。转子的长、短两个螺旋棱焊接在转子轴上，用钻孔方式连通两个棱体的空腔和转子轴孔，棱峰及工作部位棱侧表面，均堆焊耐磨硬质合金，与物料接触的整个转子外表面进行硬化（镀硬铬）处理。由于上述结构，能保证工作部位耐腐蚀、耐磨损、寿命长以及较高的热传导率，并使胶料换色容易，清料干净方便。转子端面密封环为耐磨铜合金镶嵌固体减磨剂形式，摩擦工作端面不注润滑剂，亦能保证良好的密封效果，且不污染物料。混炼室底部中间装设有热电偶，并与温控仪相连，用于监控生产过程中物料温度。

图2 密炼装置

作为密炼装置的核心零件，转子对胶料的混炼质量非常关键。在过去各个捏炼机生产厂家基本都是一种结构类型，不利于胶料多样化的生产。为此我们对转子的螺旋角度、螺棱的形式和转子底径、外径做了不同的设计，便于客户生产工艺的选择。如图3所示，对于较硬的胶料选择A类转子比较好，此类转子具有棱体螺旋角小、转子底径大，在改善了转子受力状况的同时并不影响棱体对胶料的剪切混炼性能，并提高了转子对胶料的冷却面积，加快了胶料的热传递，有利于胶料降温。目前大多数橡胶厂都在使用B类转子，这种转子对于同一台机器生产多种胶料比较合适，它兼顾了对胶料搅拌均匀性和物理剪切较高的特点，但是会减弱个别混炼胶料的分散性能。而对于黏度较低需要短时升温的胶料选择C、D类转子比较合适，由于棱体螺旋角度大，能有效提升胶料在前后转子间的来回翻转、搅拌，也加大了物料与混炼室壁之间的剪切面积，使得物料在挤压、剪切、撕裂的过程中能快速升温，提高炼胶效率，同时也有较大的功率消耗。

图3 转子螺棱展开图

另外，随着现代工业的持续发展，啮合型转子（如图4）也逐步安装在加压式捏炼机上使用。这类转子很好地提升了物料的混炼质量，对橡胶胶料的分散均匀性、密实性都有了很好的改善，也能更好地控制混炼过程中胶料的温度。目前生产厂家基本都采用三棱啮合结构，其中间棱为主棱，长棱和短棱分布在两头，长棱和中间棱的螺旋角度基本相等，旋向也相同，但短棱有些与中间棱旋向相同角度不等，有些旋向相反角度相同或不等。也因为这些原因使得每个生产厂制造出来的啮合转子棱型结构不一样，这样也势必会使混炼出来的胶料性能有所差异。

图4 啮合型转子

密封装置，作为加压式捏炼机的重要部件，改型前其转子端面的密封结构（如图5所示）是依靠4根弹簧压紧密封定环，同时起到密封环磨损后的补偿作用。由于工人在安装时对4根弹簧的预紧力不均等，就很容易造成两个密封端面不能完全贴合的现象。这样不仅造成密炼机工作时的漏粉现象，还很容使密封环过快磨损，影响设备的正常使用，也增加了设备正常维护的困难。

图5 四弹簧式密封（改型前）

为了提升捏炼机转子端面的密封效果，新一代捏炼机开发设计出了液压式密封结构（如图6所示）。这种密封结构使两根转子端面的密封受力完全一样，避免了密封面受力不均的现象。液压密封结构主要是采用拨叉式密封，应用杠杆原理把油缸的力通过拨叉传递到密封定圈上，使动、定密封圈的密封面紧密贴合，达到有效的密封效果。这种密封方式最大的优点是调整方便，在密封环磨损较大时用户仅仅需要调整中间螺栓上的螺母，跟进消除密封环磨损产生的间隙，就能使油缸的力均匀地作用在密封定圈上，不会产生四弹簧密封式由于每个弹簧的作用力不同，而造成密封定圈局部磨损严重的现象。

图6 液压密封结构

2.2.2 翻转装置及其液压传动系统

新型加压式捏炼机的翻转装置（如图7）主要由液压站、翻转油缸及连板等组成，液压站设置了驱动电机、低噪音油泵、换向阀、溢流安全阀及过滤器等，通过高压胶管与翻转油缸相连接，油缸后端通过销轴连接固定支座，可以摆动。翻转油缸前端与连板连接，连板通过转动件与转子连接。混炼室需要翻转时，启动液压站带动旋转油缸，油缸活塞杆将连板向后推动，使转子和混炼室相应转动一定角度而将胶料卸出；复位时，按动复位按钮，油缸退回原位。相对于原有的蜗轮蜗杆翻转结构（如图8），液压翻转有效的避免了蜗轮蜗杆翻转零件磨损过快的问题，减少了设备维护的困难。另外，在更换翻转零件时无需拆卸密炼装置，使得设备的维护也更加方便。

图7 液压翻转装置

图8 蜗轮蜗杆翻转装置

2.2.3 压料装置及液压系统

本机的压料结构是融合了标准型捏炼机的气动结构和下落式密炼机的液压压料结构，通过油缸（如图9）驱动上顶栓的升降，并保证对物料在一定范围内的压力；压料装置的油缸安装在机架顶面，上顶栓在油缸活塞杆的推动下对物料进行加压作用；上顶栓上下运行由电磁换向阀控制，工作时由蓄能器保压。其结构设计的主要目的是保证捏炼机在工作时上顶栓对物料施加一种相对恒定的压力，从而获得更高质量的混炼胶料；另外，没有了气动上顶栓的排气噪音，也减少了设备动力源，节省了设备的投入成本。

液压系统是新型液压上顶栓的关键部分，其液压原理（如图10）主要是通过电磁换向阀控制油缸活塞杆的伸出缩回，同时对蓄能器进行冲压补压，达到设定压力值后电磁阀断开；在炼胶过程中蓄能器始终和油缸保持通路，既保证了工作中上顶栓对胶料的压力又保护了上顶栓上下起伏对设备造成的冲击。对压料油缸运行速度通过单项节流阀调整其流量的大小来控制整个系统的平稳运行。

图9 液压上顶栓（单缸式）

图10 液压系统原理图

另外，在近几年里随着橡胶胶料性能的提升，根据胶料生产工艺的需要，也开发出了类似于下落式密炼机的双液压缸形式的压料装置（如图11），这种结构对于需要大功率高压强的炼胶工艺（例如在混炼二段胶时）比较适用。

图11 液压上顶栓（双缸式）

2.2.4 加热冷却系统

作为加压式捏炼机的辅助系统，加热、冷却两用的管路装置及温控单元（如图12）也是极其重要的。由于加压式捏炼机与物料接触的各零部件均设计有夹套式水腔结构，各进、出水（汽）管路均设有截止阀，随时可调整流体流量，故能保证高效的冷却、加热效果。近年来，有不少用户已经将总进水管路和上顶栓进水管路安装自动截止阀，这样可更有效地通过控制冷却水流量来调节胶料在混炼过程中的热交换，从而达到控制胶料温度的目的。

图12 捏炼机加热冷却系统原理图

2.3 电气控制系统

随着网络技术的发展，用户对加压式捏炼机的电气控制系统也提出了一些新需求；基本都要求配备相应的上、下辅机通讯设备，具备有炼胶过程中混炼参数的实时采集和记忆；也为了完善混炼顺序，减少人工因素，对批次处理，混炼规格条件设定、自动化记录等等，从而确保对胶料品质的管理。

控制系统相较于以前的优势如下：

（1）结合以前橡胶厂混炼工艺的先进经验，立足于时间、温度、功率三大要素，确保炼胶品质均衡而设计出的一套控制软件，整个过程可实现全程自动化，确保每一车混炼胶效果始终如一。

（2）系统运行后，每步骤完成使用塔灯及不同声音提示，工人按提示投完料以后，不需等待， 可去进行配料或开炼等其他工作，步骤完毕后，系统会提示工人再来操作，可提高工人的生产效率。如果配套喂料系统，则会实现全自动化过程。

（3）采用人机界面可以对不同客户设置不同的配方管理，目前也有很多橡胶厂根据自己的工艺要求采用非标准定制方式，这样机械厂家也为客户提供了一些最优化的解决方案。

3 结束语

目前，加压式捏炼机的使用区域主要集中在亚洲，欧美和非洲相对较少；这也促成了设备的生产区域主要集中在我国大连和华南地区，另外在日本、韩国、印度等地也有生产，但相对产量较低。随着橡胶混炼工艺技术的创新和改进，结合新材料的广泛应用,也必定会促使捏炼机的转子形式和控制系统不断提升和改进。